一種變循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及優(yōu)化方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空發(fā)動機設計領域，尤其設及一種變循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及優(yōu) 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，戰(zhàn)斗機正朝多用途、寬包線方向發(fā)展，運促使研究者注重變循環(huán)發(fā)動機技 術(shù)的研究。變循環(huán)發(fā)動機通過改變發(fā)動機部件的幾何形狀、尺寸或位置來調(diào)節(jié)熱力循環(huán)參 數(shù)，能夠同時發(fā)揮大、小涵道比發(fā)動機的優(yōu)勢，使發(fā)動機兼具大推力與低油耗特性，使得發(fā) 動機在各種工作條件下都具有最佳的熱力循環(huán)，從而對飛行速度和高度有良好的適應性， 是目前航空發(fā)動機的重要研究方向。變循環(huán)發(fā)動機相比常規(guī)滿扇發(fā)動機增加了模式選擇 閥、可調(diào)導葉核屯、機驅(qū)動風扇、可變面積前/后涵道引射器、變幾何低壓滿輪等可調(diào)節(jié)部件， 調(diào)節(jié)變量為常規(guī)滿扇發(fā)動機的四倍W上，方案計算量將呈幕指數(shù)增長。此外，各可調(diào)部件對 總體性能的影響存在顯著的交互禪合作用，其特性分析及性能優(yōu)化工作較常規(guī)滿扇發(fā)動機 的復雜度、難度顯著增加。因此，尋求一種簡單、有效的變循環(huán)發(fā)動機性能分析及優(yōu)化方法， 對變循環(huán)發(fā)動機的設計研究具有重要意義。
[0003] 發(fā)動機性能優(yōu)化中，一方面要通過可調(diào)部件的調(diào)節(jié)使得發(fā)動機保持良好的性能指 標，另一方面還必須滿足壓縮部件的穩(wěn)定性要求。國內(nèi)對變循環(huán)發(fā)動機的研究起步晚、研究 基礎薄，在工程上，主要參照常規(guī)滿扇發(fā)動機的研究方法，基于大范圍的可調(diào)部件參數(shù)研究 結(jié)果，根據(jù)約束條件進行篩選，觀察分析變化規(guī)律，細化調(diào)節(jié)范圍及步長、反復計算，最終得 到工程上的最優(yōu)方案。在基礎研究方面，高校研究者主要基于遺傳算法等優(yōu)化算法開展變 循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能的優(yōu)化研究。W上方法均存在局限性:基于大范圍可調(diào)部件參數(shù)研究 的優(yōu)化方法，存在計算量大、計算需要反復迭代、設計效率低、無法考慮到空間內(nèi)所有解等 問題，并且數(shù)據(jù)處理繁雜，必須由經(jīng)驗豐富的工程設計人員完成，數(shù)據(jù)分析難度高，特性規(guī) 律不易提取;基于遺傳算法等優(yōu)化算法的優(yōu)化方法，雖然能快速得到優(yōu)化結(jié)果，但運種方法 類似于優(yōu)化"黑箱"，無法得到可調(diào)部件調(diào)節(jié)對穩(wěn)態(tài)性能的影響過程及規(guī)律，不利于對變循 環(huán)發(fā)動機特性的研究。此外，工程上要結(jié)合部件設計難度等工程實際，綜合選取最優(yōu)方案， 理論最優(yōu)解并非工程最優(yōu)解，因此運種優(yōu)化算法不能滿足工程應用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種變循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及優(yōu)化方法，解決目前上述 任一問題。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種變循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及 優(yōu)化方法，包括
[0006] 步驟1:校核發(fā)動機性能計算程序
[0007] 在所述計算程序內(nèi)輸入已知發(fā)動機的輸入?yún)?shù)，利用計算程序計算得出所述輸入 參數(shù)下發(fā)動機的輸出參數(shù)，將所述輸出參數(shù)與相同輸入?yún)?shù)條件下的已知輸出參數(shù)進行對 比，校核所述計算程序的精度；
[0008] 步驟2:單參數(shù)調(diào)節(jié)影響分析
[0009] 在所述計算程序內(nèi)輸入待研究發(fā)動機的輸入?yún)?shù)，改變所述輸入?yún)?shù)中的單個可 調(diào)部件參數(shù)，利用計算程序計算得出單個可調(diào)部件參數(shù)對發(fā)動機輸出參數(shù)的影響規(guī)律；
[0010] 步驟3:選取自變量、自變量范圍及響應變量
[0011] 綜合所述步驟2得出的影響規(guī)律及發(fā)動機性能優(yōu)化目標，選取與優(yōu)化目標相關(guān)的 多個可調(diào)部件參數(shù)為自變量并確定所述自變量的變化范圍，選取與優(yōu)化目標相關(guān)的多個所 述輸出參數(shù)為響應變量；
[0012] 步驟4:選取試驗設計方法及樣本方案
[0013] 根據(jù)試驗設計方法在自變量的變化范圍內(nèi)確定多個所述自變量數(shù)值，并按照所述 試驗設計方法將所述自變量數(shù)值進行排列組合形成多個樣本方案，
[0014] 步驟5:計算樣本方案
[0015] 將所述樣本方案輸入所述計算程序內(nèi)并進行計算，得出每個樣本方案的響應變量 的數(shù)值；
[0016] 步驟6:建立近似模型
[0017] 將步驟5所有樣本方案及其響應變量的數(shù)值按照預定方法進行擬合，擬合得到響 應變量關(guān)于自變量的函數(shù)關(guān)系為響應變量的近似模型，并對近似模型進行方差分析和顯著 度分析；
[001引步驟7:建立優(yōu)化方程組及求解
[0019] 將步驟6的不同響應變量的近似模型組合形成優(yōu)化方程組，并根據(jù)所述發(fā)動機性 能優(yōu)化目標對優(yōu)化方程組進行求解，計算得出滿足優(yōu)化目標的所述自變量數(shù)值，并將計算 得到的所述自變量數(shù)值代入計算程序驗算；
[0020] 步驟8:多參數(shù)禪合影響下發(fā)動機特性分析；
[0021] 根據(jù)所述近似模型繪制響應曲面圖，分析不同自變量與響應變量之間的關(guān)系，總 結(jié)得出自變量所對應的多個可調(diào)部件參數(shù)的禪合影響下，響應變量所對應的發(fā)動機總體性 能參數(shù)的變化特性，優(yōu)化及分析結(jié)果用于指導設計研究工作。
[0022] 進一步地，步驟1所述已知輸出參數(shù)包括試驗得出的發(fā)動機的輸出參數(shù)和標準程 序下得出的發(fā)動機的輸出參數(shù)，所述標準程序包括商用發(fā)動機性能程序和已經(jīng)經(jīng)過試驗校 準的發(fā)動機性能程序。
[0023] 進一步地，步驟2所述可調(diào)部件參數(shù)包括核屯、機驅(qū)動風扇導向器葉片角度參數(shù)、低 壓滿輪導向器面積參數(shù)、前涵道引射器面積參數(shù)、后涵道引射器面積參數(shù)、噴管喉部面積參 數(shù)、模式選擇閥口位置參數(shù)。
[0024] 進一步地，步驟4所述試驗設計方法包括全因子試驗設計方法、正交試驗設計方 法、中屯、復合設計方法、Box-Behnken設計方法。
[0025] 進一步地，步驟6所述預定方法指的是響應曲面法。
[0026] 本發(fā)明的一種循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及優(yōu)化方法，能夠W較少的方案計算量、 科學的數(shù)據(jù)分析方法，簡單直觀地獲得更全面的可調(diào)節(jié)部件參數(shù)對優(yōu)化目標的影響特性， 并能夠根據(jù)優(yōu)化目標，方便快速地得到最佳的可調(diào)節(jié)部件參數(shù)匹配方案，具有精度高、易操 作等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0027] 此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施 例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0028] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的變循環(huán)發(fā)動機穩(wěn)態(tài)性能分析及優(yōu)化方法的流程圖；
[0029] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的使用計算程序與標準程序的校核對比圖；
[0030] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的噴管喉部面積單獨調(diào)節(jié)對推力、耗油率的影響規(guī)律 曲線；
[0031] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的低壓滿輪導向器面積及后涵道引射器面積調(diào)節(jié)對推 力、耗油率影響的響應曲面圖；
[0032] 圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的低壓滿輪導向器面積及噴管喉部面積調(diào)節(jié)對推力、 耗油率影響的響應曲面圖；
[0033] 圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的噴管喉部面積和后涵道引射器面積調(diào)節(jié)對推力、耗 油率影響的響應曲面圖；
[0034] 圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的低壓滿輪導向器面積及噴管喉部面積調(diào)節(jié)對推力、 耗油率影響的響應曲面圖。
【具體實施方式】
[0035] 為使本發(fā)明實施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中 的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類 似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發(fā)明 一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例型的，旨在用 于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人 員在沒有作出創(chuàng)造型勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。下 面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
[0036] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語"中屯、"、"縱向橫向前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所 示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝 置或元件必須具有特定的方位、W特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護 范圍的限制。
[0037] 如圖1所示為本實施例